CN101851063A - 利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，用以解决现有微晶玻璃制备工艺中存在的工艺复杂，生产成本高，废渣利用率低，不利于大规模商品化生产的问题；其包括如下工序：筛选，将高炉水渣粉碎后筛选，制得＜200目的水渣粉；混料，在所述水渣粉中，加入重量百分比≤20％的粉煤灰和≤10％的助熔剂，余量为水渣粉，制得混合粉料；制浆，将所述混合物料制成浆料后干燥，制得含水率≤5％的湿料；造粒，在所述湿料中，加入≤湿料重量5％的粘结剂，制得粒料；压片晶化烧结，将所述粒料，经压片晶化烧结，制成废渣微晶玻璃。本发明具有工艺简单、生产成本低、废渣利用率高的特点。

Description

利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺

技术领域

本发明涉及一种微晶玻璃建筑板材的制备工艺，尤其涉及一种利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺。

背景技术

高炉炼铁过程中生成的铁渣，一般称为高炉渣；熔融状态下的高炉渣经水或水与空气的混合物水淬，形成砂粒状的玻璃质物质，称为高炉水渣。粉煤灰是煤经燃烧排放出的一种黏土类火山质的材料，它是煤粉在锅炉中高温燃烧后，由除尘器收集到的粉状物质。我国粉煤灰的年排放量已达3000万吨，随着电力工业的发展，我国燃煤电厂的粉煤灰排放量仍会逐年增加。目前，我国对于高炉水渣和粉煤灰这类工业废渣的利用途径较少，一般用作筑路和水泥的原料，远没有达到高附加值的利用水平。

微晶玻璃，即玻璃陶瓷是综合玻璃和陶瓷技术发展起来的一种新型材料，其物理化学性能兼具了玻璃和陶瓷的优点，既具有陶瓷的强度，又具有玻璃的致密性和耐酸、碱、盐的耐蚀性，除作为内、外墙装饰材料外，微晶玻璃还能广泛应用于化工、机械、电子及光学等高技术领域。

高炉渣的主要成份为SiO₂、CaO、Al₂O₃、MgO；粉煤灰的主要成份为SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃，是构成微晶玻璃的重要成份。

利用废渣制备的微晶玻璃，一般称为废渣微晶玻璃，能够代替天然大理石、花岗岩和黏土砖用作外墙、内墙、广场地面、卫生间及各种结构材料，并且可选择适当的着色剂生产各种色彩的建筑装饰面板。废渣微晶玻璃与传统的黏土类建材相比，具有高的机械强度、优良的耐腐蚀性能；随着全球环保意识的增强，大理石、花岗岩的开采量日益下降，黏土的开掘也开始受到控制，因此高炉水渣和粉煤灰应用于建材行业，变废为宝，节约了资源和能源，是双向环保技术。

目前，废渣微晶玻璃的常用制备方法主要有两种，一种是熔融法，即整体析晶法，其工艺流程为：原料配制→玻璃熔制→浇注成型→核化、晶化→冷加工，该方法存在的问题是玻璃熔融温度高，需添加晶核剂，对原料成份要求高，很少在制备微晶玻璃的实际生产中应用；另一种是烧结法，其工艺流程为：原料配制→玻璃熔制→水淬→粉碎→成型→核化、晶化→冷加工，由于该方法具有熔融温度低、晶化能力强等特点，是目前制备废渣微晶玻璃普遍采用的方法，然而，该工艺工序复杂，生产成本高，废渣利用率低，不利于大规模商品化生产应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，该工艺简单、生产成本低、废渣利用率高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，其包括如下工序：

筛选将高炉水渣粉碎后筛选，制得＜200目的水渣粉；

混料在所述水渣粉中，加入重量百分比≤20％的粉煤灰和≤10％的助熔剂，余量为水渣粉，制得混合粉料；

制浆将所述混合物料制成浆料后干燥，制得含水率≤5％的湿料；

造粒在所述湿料中，加入≤湿料重量5％的粘结剂，制得粒料；

压片晶化烧结将所述粒料，经压片晶化烧结，制成废渣微晶玻璃。

进一步，在所述烧结工序之后，还包括如下工序：

抛光将所述废渣微晶玻璃表面进行抛光，获得废渣光泽面微晶玻璃。

其中，在所述压片晶化烧结工序中，具体还包括如下工序：

压制将所述粒料，在25～100MPa下压制成型，获得板状坯体；

排粘将所述板状坯体，以2～10℃/分钟的升温速率，从室温升温到400～500℃，保温1～2小时，使粘结剂充分挥发；

晶化将所述板状坯体在800～900℃晶化0.5～2小时，获得一定量的晶相；

烧结将所述晶体在1150～1200℃烧结0.5～2小时，升温速度为2～10℃/分钟，获得废渣微晶玻璃。

在所述筛选工序中，利用球磨机将高炉水渣粉碎。

在所述混料工序中，所述助熔剂为长石或碳酸钠。

在所述制浆工序中，利用球磨机将混合粉料磨成浆料，所述混合粉料∶球∶助磨剂的重量比为1～2∶1～2∶1～2。

所述助磨剂为水或乙醇。

在所述造粒工序中，所述粘结剂为水、聚乙烯醇、甘油或液体石蜡。

本发明提供的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，以高比率的高炉水渣为主要原料，配以一定量的粉煤灰和长石或碳酸钠助熔剂，在球磨机中混合均匀后，将混合玻璃粉体压制成型后，在一定的热处理条件下，在细小的玻璃粉体表面能析出一定量的晶相，从而形成有一定晶相和残余玻璃相共存的多晶固体材料，即制备出微晶玻璃制品，并通过改变原料中高炉水渣的含量和热处理制度来控制微晶玻璃中晶相和玻璃相的含量，从而达到控制制品性能的目的；添加一定量的长石或碳酸钠助熔剂，能有效地降低了烧结温度，进一步降低了生产成本。

本发明的原理是：微晶玻璃是利用热力学上玻璃的自由能高于结晶相，通过一定的热处理制度，使部分玻璃相转化为晶相来形成的。高炉水淬渣是一种高能态的玻璃质物质，相当于玻璃熔制后水淬渣，将高炉水渣经球磨机的球磨细化后，获得具有微米级的细玻璃粉体，细小的高炉水渣玻璃粉体具有较大的比表面积，大比表面积的玻璃粉体具有很强的表面析晶趋势，在一定的热处理条件下能够在玻璃粉体表面析出细小的晶粒；同时，高炉水渣中含的TiO₂和粉煤灰中富含的Fe₂O₃的同时存在，作为复合晶核剂，在不需另添加晶核剂的情况下，能够实现玻璃体向晶态的转变。

本发明提供的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，与现有技术相比，具有如下优点：

1.采用高炉水渣为主要原料，加入粉煤灰作为成分调整原料，二者主要成分为硅酸盐玻璃相，辅以少量添加剂，在一定的热处理条件下制备出微晶玻璃板材；废渣的添加量达90％以上，既节约资源，减轻污染，又实现了循环经济。

2.采用压片晶化烧结的方法制备微晶玻璃，与传统微晶玻璃的烧结工艺相比，省去了高温熔融玻璃的过程，既简化工艺流程，又降低能耗，具有很好的实际应用价值。

采用本发明工艺制成的产品能够代替大理石、花岗岩和黏土砖，用于建筑装饰材料，同时实现废渣资源高附加值利用。

附图说明

图1为本发明利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术工艺复杂，生产成本高，废渣利用率低，不利于大规模商品化生产应用的问题，本发明提供一种利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺。

如图1所示，本发明提供的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，包括如下工序：

S101筛选将高炉水渣粉碎后筛选，制得＜200目的水渣粉；

利用滚筒式球磨机将高炉水渣粉碎，氧化铝磨球，球磨介质为去离子水，渣球水比为1～2∶1～2∶1～2，球磨机转速为150r/分钟，球磨时间为10～40小时，将球磨后的浆料烘干后过200目筛子，取筛下水渣粉。

S102混料在所述水渣粉中，加入重量百分比≤20％的粉煤灰和≤10％的助熔剂，余量为水渣粉，制得混合粉料；

所述助熔剂为长石或碳酸钠。

S103制浆将所述混合物料制成浆料后干燥，制得含水率5％的湿料；

利用行星球磨机将混合粉料磨成浆料，氧化铝磨球，球磨介质为去离子水，粉球水比为1～2∶1～2∶1～2，球磨机转速为400r/分钟，球磨时间为1～2小时。

S104造粒在所述湿料中，加入≤湿料重量5％的粘结剂，在氧化铝研钵中研磨混合，过3次60目筛子，制得粒料；

所述粘结剂为水、聚乙烯醇、甘油或液体石蜡。

S105压制将造料工序制得的粒料，用液压机于25～100MPa下单向压制成型，保压5～60秒获得板状坯体；

S106排粘将压制成型所得的板状坯体，放于高温马弗炉中，以2～10℃/分钟的升温速率从室温升温到400～500℃，保温1～2小时，使粘结剂充分挥发；

S107晶化继续以2～10℃/分钟的升温速率升温到800～900℃晶化0.5～2小时，以获得晶体；

S108烧结将晶化后的板状坯体以2～10℃/分钟的升温速率，升温到1150～1250℃烧结0.5～2小时，完成晶化后的板状坯体烧结过程，获得微晶玻璃。

所述热处理条件是常压及无气氛保护。

S109抛光将所述烧结工序中制成的微晶玻璃表面进行抛光，获得废渣光泽面微晶玻璃。

本发明提供的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，以高比率的高炉水渣为主要原料，配以一定量的粉煤灰和长石或碳酸钠助熔剂，在球磨机中混合均匀后，将混合玻璃粉体压制成型后，在一定的热处理条件下，在细小的玻璃粉体表面能析出一定量的晶相，从而形成有一定晶相和残余玻璃相共存的多晶固体材料，即制备出微晶玻璃制品，并通过改变原料中高炉水渣的含量和热处理制度来控制微晶玻璃中晶相和玻璃相的含量，从而达到控制制品性能的目的；添加一定量的长石或碳酸钠助熔剂，能有效地降低了烧结温度，进一步降低了生产成本。

实施例1

筛选将高炉水渣在球磨机中球磨24小时，过200目筛，制得＜200目的水渣粉；

混料将重量百分比为91％水渣粉、5％粉煤灰、4％碳酸钠混合，制成混合粉料；

制浆将所述混合物料与球和水按1∶1.5∶1.5混合后，球磨2小时，制成浆料，在80℃干燥，制得含水率≤5％的湿料；

造粒在所述湿料中加入湿料重量5％的甘油进行造粒，制得粒料；

压制将所述粒料在25MPa下压制成型，获得坯体；

晶化将所述坯体在840℃晶化40分钟，使玻璃粉体析出晶相；

烧结将所述晶化后的坯体在1200℃烧结1小时，升温速度为5℃/分钟，获得微晶玻璃。

抛光将所述微晶玻璃表面进行抛光，获得废渣光泽面微晶玻璃。

本发明实施例制备的废渣微晶玻璃，主晶相为钙黄长石(2CaO·Al₂O₃·SiO₂)，并含有一定量的透辉石(CaO·MgO·2SiO₂)；其密度为2.43g/cm³，显微硬度为4.5GPa，吸水率为0.11％。

实施例2

本实施例中，工艺及参数与实施例1大体相同，相同部分不再赘述，下面仅将不同之处描述如下：

所述混料工序中，原料组成为重量百分比86％水渣粉、10％粉煤灰和4％碳酸钠；

所述制浆工序中，所述混合物料与球和水的比例为1∶2∶2，制得含水率≤4％的湿料；

所述造粒工序中，所述湿料中加入液体石蜡进行造粒；

所述压制工序中，所述压制强度为30MPa；

所述晶化工序中，所述坯体在900℃晶化1小时；

所述烧结工序中，所述晶体在1150℃烧结2小时，升温速度为8℃/分钟。

本发明实施例制取的废渣微晶玻璃，其密度为2.55g/cm³，显微硬度为3.24GPa，吸水率为0.20％。

实施例3

本实施例中，工艺及参数与实施例1大体相同，相同部分不再赘述，下面仅将不同之处描述如下：

所述混料工序中，原料组成为重量百分比76％水渣粉、20％粉煤灰和4％碳酸钠；

所述制浆工序中，所述混合物料与球、水的比例为2∶1∶1，在90℃干燥，制得含水率≤2％的湿料；

所述造粒工序中，所述湿料中加入水进行造粒；

所述压制工序中，所述压制强度为100MPa；

所述晶化工序中，所述坯体在800℃晶化2小时；

所述烧结工序中，所述晶体在1200℃烧结40分钟，升温速度为10℃/分钟。

本发明实施例制取的废渣微晶玻璃，其密度为2.26g/cm³，显微硬度为2.98GPa，吸水率为0.86％。

实施例4

本实施例中，工艺及参数与实施例1大体相同，相同部分不再赘述，下面仅将不同之处描述如下：

所述混料工序中，原料组成为重量百分比95％水渣粉、5％粉煤灰；

所述制浆工序中，所述混合物料与球、乙醇的比例为1∶1.5∶2，在40℃干燥，制得含水率≤0.5％的湿料；

所述造粒工序中，所述湿料中加入聚乙烯进行造粒；

所述压制工序中，所述压制强度为60MPa；

所述晶化工序中，所述坯体在850℃晶化1.5小时；

所述烧结工序中，所述晶体在1190℃烧结2小时，升温速度为6℃/分钟。

本发明实施例制取的废渣微晶玻璃，其密度为2.56g/cm³，显微硬度为4.12GPa，吸水率为0.22％。

实施例5

本实施例中，工艺及参数与实施例1大体相同，相同部分不再赘述，下面仅将不同之处描述如下：

所述混料工序中，原料组成为重量百分比87％水渣粉、5％粉煤灰和8％长石；

所述制浆工序中，所述混合物料与球、乙醇的比例为1∶1∶2，在30℃干燥，制得含水率≤1％的湿料；

所述造粒工序中，所述湿料中加入甘油进行造粒；

所述压制工序中，所述压制强度为60MPa；

所述晶化工序中，所述坯体在900℃晶化1.5小时；

所述烧结工序中，所述晶体在1160℃烧结2小时，升温速度为5℃/分钟。

本发明实施例制取的废渣微晶玻璃，其密度为2.47g/cm³，显微硬度为4.25GPa，吸水率为0.16％。

实施例6

本实施例中，工艺及参数与实施例1大体相同，相同部分不再赘述，下面仅将不同之处描述如下：

所述混料工序中，原料组成为重量百分比80％水渣粉、10％粉煤灰和10％长石；

所述制浆工序中，所述混合物料与球、水的比例为1.5∶1∶2，在90℃干燥，制得含水率≤1％的湿料；

所述造粒工序中，所述湿料中加入甘油进行造粒；

所述压制工序中，所述压制强度为60MPa；

所述晶化工序中，所述坯体在850℃晶化1小时；

所述烧结工序中，所述晶体在1200℃烧结1小时，升温速度为6℃/分钟。

本发明实施例制取的废渣微晶玻璃，其密度为2.55g/cm³，显微硬度为5.10GPa，吸水率为0.10％。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，其特征在于，包括如下工序：

筛选 将高炉水渣粉碎后筛选，制得＜200目的水渣粉；

混料 在所述水渣粉中，加入重量百分比≤20％的粉煤灰和≤10％的助熔剂，余量为水渣粉，制得混合粉料；

制浆 将所述混合物料制成浆料后干燥，制得含水率≤5％的湿料；

造粒 在所述湿料中，加入≤湿料重量5％的粘结剂，制得粒料；

压片晶化烧结 将所述粒料，经压片晶化烧结，制成废渣微晶玻璃。

2.根据权利要求1所述的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，其特征在于，在所述烧结工序之后，还包括如下工序：

抛光 将所述废渣微晶玻璃表面进行抛光，获得废渣光泽面微晶玻璃。

3.根据权利要求1所述的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，其特征在于，在所述压片晶化烧结工序中，具体还包括如下工序：

压制 将所述粒料，在25～100MPa下压制成型，获得板状坯体；

排粘 将所述板状坯体，以2～10℃/分钟的升温速率，从室温升温到400～500℃，保温1～2小时，使粘结剂充分挥发；

晶化 将所述板状坯体在800～900℃晶化0.5～2小时，获得晶体；

烧结 将所述晶体在1150～1250℃烧结0.5～2小时，升温速度为2～10℃/分钟，获得废渣微晶玻璃。

4.根据权利要求1所述的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，其特征在于，在所述筛选工序中，利用球磨机将高炉水渣粉碎。

5.根据权利要求1所述的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，其特征在于，在所述混料工序中，所述助熔剂为长石或碳酸钠。

6.根据权利要求1所述的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，其特征在于，在所述制浆工序中，利用球磨机将混合粉料磨成浆料，所述混合粉料∶球∶助磨剂的重量比为1～2∶1～2∶1～2。

7.根据权利要求6所述的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，其特征在于，所述助磨剂为水或乙醇。

8.根据权利要求1所述的利用高炉水渣和粉煤灰制备微晶玻璃的工艺，其特征在于，在所述造粒工序中，所述粘结剂为水、聚乙烯醇、甘油或液体石蜡。

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